СПОСОБ РЕЗЕРВИРОВАНИЯ ФАЗОВРАЩАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК G06F11/18 H05K10/00 

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике и может быть использовано в информационно измерительных и управляющих системах.

Известен способ резервирования фазовращателя с помощью дублирования, в котором используются два фазовращателя, один из которых или оба включены. Оператор или управляющая схема в случаи отказа одного из фазовращателей определяет, какой из двух фазовращателей отказал, и переключает на исправный или отключает неисправный, продолжая работу с исправным фазовращателем [В.Н. Алексеев, М. Коновалов, В.Г. Колосов и др. Микропроцессорные средства производственных систем. - Л.: Машиностроение, 1988, с. 132].

Недостатком известного способа является необходимость в двух фазовращателях, необходимость времени для оператора или управляющей схемы определять, какой из двух фазовращателей неисправен.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является способ резервирования с мажоритарными элементами [В.Н. Алексеев, М. Коновалов, В. Г. Колосов и др. Микропроцессорные средства производственных систем. - Л. : Машиностроение, 1988, с. 132]. Недостатком данного способа является необходимость в большом количестве оборудования.

Информационным параметром фазовых измерительных систем является взаимный сдвиг фаз между двумя периодическими сигналами: опорным сигналом (ОС) и информационным сигналом (ИС), фаза которого изменяется в соответствии с изменениями входной величины.

Группа методов с промежуточным преобразованием фаза-время является общей для всех цифровых фазометров и предусматривает использование формирующих устройств, вырабатывающих сигналы, совпадающие с моментами пересечения (МП) опорного (МПО) и информационного (МПИ) сигнала с сигналом сравнения (СС) опорного (ССО) и информационного (ССИ) сигнала, в качестве СС чаще всего используют сигнал нулевого уровня.

Как правило, имеют дело с сигналами, имеющими одинаковую частоту и синусоидальную форму.

Процесс формирования может быть однополупериодным (с фиксированием МПО и МПИ только из отрицательной относительно СС области в положительную) и двухполупериодным (с фиксированием МПО и МПИ как из отрицательной относительно СС области в положительную, так и при обратном переходе). МПО и МПИ, относительно которых определяют взаимный сдвиг фазы между ОС и ИС, называют моментами отсчета фазы (МОФ) опорного сигнала (МООС) и информационного сигнала (МОИС) соответственно.

Целью настоящего изобретения является способ резервирования двухфазного синусно-косинусного фазовращателя с квадратурными выходами (ДФК) в режиме вращающегося поля.

Поставленная цель достигается тем, что на ДФК подают квадратурные сигналы возбуждения (СВ) от источника питания формирующего квадратурный синусоидальный сигнал возбуждения (ССВ) и квадратурный косинусоидальный сигнал возбуждения (КСВ) одной и той же частоты для работы ДФК в режиме вращающегося поля. На квадратурных выходах ДФК формируют квадратурный синусоидальный информационный сигнал (КСС) и квадратурный косинусоидальный информационный сигнал (ККС), гармонические сигналы, сдвинутые по фазе относительно ССВ и КСВ соответственно пропорционально входному воздействию на ДФК. При отсутствии одного из СВ ДФК работает в режиме пульсирующего поля, на квадратурных выходах ДФК формируются КСС и ККС, амплитудно-модулированные гармонические сигналы одной и той же частоты, амплитуда которых изменяется для КСС пропорционально синусу, для ККС пропорционально косинусу входного воздействия на ДФК.

Алгоритм работы схемы резервирования заключается в том, что из каждого квадратурного сигнала возбуждения и информационного сигнала формируют сигнал, эквивалентный другому из квадратурных сигналов возбуждения и информационных сигналов относительно момента отсчета фазы, затем каждый из квадратурных сигналов возбуждения и информационных сигналов суммируют с эквивалентным сигналом, сформированным из другого квадратурного сигнала возбуждения и информационного сигнала и подают их на формирующее устройство.

Для формирования информационного сигнала фазы (ИСФ), фаза которого относительно СВ изменяется в соответствии с изменениями входной величины как при работе ДФК в режиме вращающегося поля, так и в режиме пульсирующего поля, при помощи фазосдвигающего элемента поворачивают по фазе КСС на угол +90^o, формируя сигнал КССП, и/или поворачивают ККС на угол -90^o, формируя сигнал ККСП, после чего суммируют КССП с ККС, формируя ССИ, и/или ККСП с КСС, формируя ИС, и подают ИС и/или ССИ на первое формирующее устройство.

Точки схемы резервирования ДФК, в которых снимается сигнал ОС и ССО для формирования опорного сигнала фазы (ОСФ), выбирают так, чтобы при отсутствии одного из СВ в соответствующих точках схемы резервирования ДФК переменная составляющая ОС или ССО принимала нулевое значение. Для формирования ОСФ, значение фазы которого относительно ИСФ не изменяется при переходе ДФК из работы в режиме вращающегося поля в режим пульсирующего поля, к ОС прибавляют умноженную на коэффициент, равный значению sin(π/4), амплитуду ССО, формируют сигнал ОСС, к ССО прибавляют умноженную на коэффициент, равный значению (π/4), амплитуду ОС, формируя сигнал ССОС, и подают ОСС и ССОС на формирующее устройство, или при помощи фазосдвигающего элемента поворачивают по фазе ОС на угол +90^o, формируют сигнал ОСП, и/или поворачивают по фазе ССО на угол -90^o, формируют сигнал ССОП, после чего суммируют ССО с ОСП, формируя ССОС, и/или ССОП с ОС, формируя ОСС, и подают ОСС и/или ССОС на формирующее устройство.

Пусть CCB-U1 = U1m•sin(ωt) + U1mo,
KCB = U2 = U2m•cos(ωt) + U2mo
где U1 и U2 - мгновенное значение ССВ и КСВ;
U1mo и U2mo - постоянная составляющая ССВ и КСВ;
U1m и U2m - амплитуда ССВ и КСВ;
ОС = U1оп и ССО = U2oп для формирования ОСФ = Uоп снимают в точках схемы, в которых при пропадании одного из СВ ОС и/или ССО принимают значения, равные U1moп и/или U2moп соответственно. Знак • обозначает умножение.

Сигналы U1oп и/или U2oп через фильтр высокой частоты (ФВЧ), частота среза которого ниже частоты СВ, подают на схему резервирования сигналов возбуждения (СРСВ), на выходе которой формируют Uoп.

На квадратурных выходах фазовращателя формируют сигналы КСС = U3 и KKC = U4
U3 = U3m•sin(ωt+ϕ)+U3mo
U4 = U4m•cos(ωt+ϕ)+U4mo
где U3 и U4 - мгновенное значение КСС и ККС;
U3m и U4m - амплитуда КСС и ККС;
U3mo и U4mo - постоянная составляющая КСС и ККС.

Сигналы U3сиг и/или U4сиг для формирования ИСФ = Uсиг снимают в точках схемы, в которых при пропадании одного из сигналов на квадратурных выходах фазовращателя U3сиг и U4сиг принимают значения, равные U3сиго и U4сиго соответственно.

Сигналы U3сиг и U4сиг через фильтр высокой частоты ФВЧ, частота среза которого ниже частоты СВ, подают на схему резервирования информационных сигналов (СРИС), на выходе которой формируют Uсиг.

Например, U3 = U3cиг сдвигают на угол +90^o, формируя КССП=U3', и/или U4= U4сиг сдвигают на угол -90^o, формируя KKCП=U4', после чего суммируют U3' с U4 и/или U4' с U3.

Фаза между переменной составляющей Uoп и Ucиг пропорциональна входному воздействию на фазовращатель.

Для контроля работы фазовращателя U3 сдвигают на угол -90^o, формируя U3'', и/или U4 сдвигают на угол +90^o, формируя U4'', после чего суммируют U3'' с U4 и/или U4'' с U3. Превышение сигнала контроля работы фазовращателя заданного уровня сигнализирует о неправильной работе фазовращателя.

Иллюстрация способа резервирования фазовращателя показана на примере резервирования фазовращателя на основе двухфазного синусно-косинусного вращающегося трансформатора (СКВТ) с квадратурными выходными обмотками в режиме вращающегося магнитного поля. В качестве формирующего устройства используют компаратор. Принимаем что U1m = U2m и U3m = U4m.

Напряжения питания СКВТ U1 и U2 равны соответственно
U1 = K•U1m•sin(ωt)
U2 = K•U2m•cos(ωt)
где К - коэффициент передачи напряжения питания.

Напряжение U1 подают на начало синусной обмотки возбуждения, напряжение U2 подают на начало косинусной обмотки возбуждения. Конец синусной и косинусной обмотки возбуждения через сопротивления замкнуты на общий. Опорные сигналы U1oп и U2oп для формирования опорного сигнала Uоп снимают с точек соединения концов синусной и косинусной обмоток возбуждения с сопротивлениями и подают на СРСВ.

U1oп = U1m•sin(ωt)
U2oп = U2m•cos(ωt)
U1'oп = U1oп + sin(π/4)•U2m
U2'oп = U2oп + sin(π/4)•U1m
На выходе компаратора К формируется логический сигнал Uoп, соответствующий знаку разности напряжений U1'oп и U2'oп.

Uoп = sign[U1'oп-U2'oп]
ϕ_ОП = π/4
Информационные сигналы снимают с квадратурных выходов СКВТ и подают на СРИС.

U3 = U3m•sin(ωt+ϕ)
U4 = U4m•cos(ωt+ϕ)
При помощи фазосдвигающего элемента один из квадратурных сигналов, например U3, сдвигают на угол +90^o, после чего его суммируют с U4, получая на выходе схемы резервирования информационный сигнал Uсиг.

Ucиг = sign[U3' + U4 - 0]
ϕ_СИГ = ϕ-π/2
Фаза между Uoп и Uсиг, равная ϕ-3•π/4, пропорциональна входному воздействию на СКВТ.

U3″+U4 = U3m•sin(ωt+ϕ-90)+U4m•cos(ωt+ϕ) = 0
При обрыве синусной обмотки возбуждения
U1'oп = sin(π/4)•U2m
U2'oп = U2m•sin(ωt)
ϕ_ОП = 3•π/4
U3 = U3m•sin(ωt)•sin(ϕ)
U4 = U3m•sin(ωt)•cos(ϕ)

ϕ_СИГ = ϕ
Фаза между Uoп и Uсиг, равная ϕ-3•π/4, пропорциональна входному воздействию на СКВТ.

При обрыве косинусной обмотки возбуждения
U1'oп = U1m•sin(ωt)
U2'oп = sin(π/4)•U1m
ϕ_ОП = π/4
U3 = U3m•sin(ωt)•cos(ϕ)
U4 = -U3m•sin(ωt)•sin(ϕ)

ϕ_СИГ = ϕ-π/2
Фаза между Uoп и Uсиг, равная ϕ-3•π/4, пропорциональна входному воздействию на СКВТ.

При обрыве квадратурной синусной обмотки фаза сигнала Uoп равна ϕ_ОП = π/4
U3 = 0
U4 = U3m•cos(ωt+ϕ)
U_СИГ = 0+U3m•cos(ωt+ϕ) = U3m•cos(ωt+ϕ)
ϕ_СИГ = ϕ-π/2
Фаза между Uoп и Uсиг, равная ϕ-3•π/4, пропорциональна входному воздействию на СКВТ.

U3″+U4 = 0+U3m•cos(ωt+ϕ) = U3m•cos(ωt+ϕ)
При обрыве квадратурной косинусной обмотки фаза сигнала Uoп равна ϕ_ОП = π/4

U4 = 0
U3′+U4 = U3m•sin(ωt+ϕ+90)+0 = U3m•cos(ωt+ϕ)
ϕ_СИГ = ϕ-π/2
Фаза между Uoп и Uсиг, равная ϕ-3•π/4, пропорциональна входному воздействию на СКВТ.

U3″+U4 = U3m•sin(ωt+ϕ-90)+0 = -U3m•cos(ωt+ϕ)
Рассмотренные примеры показывают, что при обрыве любой одной из обмоток двухфазного СКВТ с квадратурными выходными обмотками в режиме вращающегося поля он остается работоспособным и выдает правильное значение фазы между Uoп и Uсиг.

На чертежах изображено:
фиг.1 - структурная схема резервирования фазовращателя,
фиг.2 и 3 - схемы резервирования СРСВ и СРИС.

На чертежах приняты следующие обозначения:
1 - двухфазный генератор (Г);
2 - схема резервирования сигналов возбуждения (СРСВ);
3 - схема резервирования информационных сигналов (СРИС);
4 - фазовращатель (ФВ);
5 - фазосдвигающий элемент (ФЭ);
6 - сумматор (СУМ);
7 - фильтр верхних частот (ФВЧ);
8 - сопротивления в цепи СВ;
9 - компаратор (К);
10 - выделение амплитуды сигнала (ВАС);

Изобретение относится к автоматике, вычислительной технике и может быть использовано в информационно-измерительных системах. Способ резервирования фазовращателя заключается в формировании синусоидального и косинусоидального квадратурных переменых напряжений, питающих фазовращатель. Подают синусоидальное и косинусоидальное напряжение на схему резервирования, на выходе которой формируют опорный сигнал, подают квадратурные напряжения с выходов фазовращателя сигнала на схему резервирования, на выходе которой формируют информационный сигнал, фаза между переменными составляющими опорного и информационного сигналов пропорциональна входному воздействию на фазовращатель. Технический результат заключается в том, что при отключении одного из сигналов значение и изменение фазы между переменными составляющими опорного и информационного сигналов остаются такими же, как и при присутствии всех сигналов. 5 з.п.ф-лы, 3 ил.

1. Способ резервирования фазовращателя, заключающийся в том, что формируют квадратурные сигналы возбуждения, квадратурный синусоидальный сигнал возбуждения и квадратурный косинусоидальный сигнал возбуждения, на квадратурных выходах фазовращателя формируют квадратурные информационные сигналы, квадратурный синусоидальный информационный сигнал и квадратурный косинусоидальный информационный сигнал, сдвинутые по фазе относительно квадратурного синусоидального сигнала возбуждения и квадратурного косинусоидального сигнала возбуждения, пропорционально входному воздействию на фазовращатель, отличающийся тем, что из квадратурного синусоидального сигнала возбуждения формируют сигнал, эквивалентный квадратурному косинусоидальному сигналу возбуждения относительно момента отсчета фазы, и/или из квадратурного косинусоидального сигнала возбуждения формируют сигнал, эквивалентный квадратурному синусоидальному сигналу возбуждения относительно момента отсчета фазы, из квадратурного синусоидального информационного сигнала формируют сигнал, эквивалентный квадратурному косинусоидальному информационному сигналу относительно момента отсчета фазы, и/или из квадратурного косинусоидального информационного сигнала формируют сигнал, эквивалентный квадратурному синусоидальному информационному сигналу, возбуждения относительно момента отсчета фазы, затем квадратурный синусоидальный сигнал возбуждения суммируют с сигналом, эквивалентным квадратурному косинусоидальному сигналу возбуждения, и/или квадратурный косинусоидальный сигнал возбуждения суммируют с сигналом, эквивалентным квадратурному синусоидальному сигналу возбуждения, и и подают на формирующее устройство, формируют опорный сигнал фазы, квадратурный синусоидальный информационный сигнал суммируют с сигналом, эквивалентным квадратурному косинусоидальному информационному сигналу, и/или квадратурный косинусоидальный информационный сигнал суммируют с сигналом, эквивалентным квадратурному синусоидальному информационному сигналу, и подают на другое формирующее устройство, формируют информационный сигнал фазы, фаза между сигналами на выходах формирующих устройств, опорного сигнала фазы и информационного сигнала фазы, пропорциональна входному воздействию на фазовращатель. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал, эквивалентный квадратурному косинусоидальному сигналу возбуждения относительно момента отсчета фазы, формируют из сигнала постоянного уровня, равного амплитуде квадратурного синусоидального сигнала возбуждения, умноженного на коэффициент или квадратурный синусоидальный сигнал возбуждения, при помощи фазосдвигающего элемента поворачивают по фазе на угол +90 градусов, сигнал, эквивалентный квадратурному синусоидальному сигналу возбуждения относительно момента отсчета фазы, формируют из сигнала постоянного уровня, равного амплитуде квадратурного косинусоидального сигнала возбуждения, умноженного на коэффициент или квадратурный косинусоидальный сигнал возбуждения при помощи фазосдвигающего элемента, поворачивают по фазе на угол -90 градусов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал, эквивалентный квадратурному косинусоидальному информационному сигналу относительно момента отсчета фазы, формируют из квадратурного синусоидального информационного сигнала, поворачивая при помощи фазосдвигающего элемента по фазе на угол +90 градусов, сигнал, эквивалентный квадратурному синусоидальному информационному сигналу относительно момента отсчета фазы, формируют из квадратурного косинусоидального информационного сигнала, поворачивая при помощи фазосдвигающего элемента по фазе на угол -90 градусов. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сигнал контроля работы фазовращателя формируют, суммируя квадратурный косинусоидальный информационный сигнал с квадратурным синусоидальным информационным сигналом, повернутым при помощи фазосдвигающего элемента по фазе на угол -90 градусов, или суммируя квадратурный синусоидальный информационный сигнал с квадратурным косинусоидальным информационным сигналом, повернутым при помощи фазосдвигающего элемента по фазе на угол +90 градусов. 5. Способ по п.2, отличающийся тем, что коэффициент, на который умножают амплитуду квадратурного косинусоидального сигнала возбуждения и амплитуду квадратурного синусоидального сигнала возбуждения, равен значению sin(π/4). 6. Способ по п. 4, отличающийся тем, что формируют пороговый уровень, превышение которого сигналом контроля работы фазовращателя сигнализирует об отсутствии одного из квадратурных сигналов возбуждения или квадратурных информационных сигналов.